压电陶瓷材料及其制备方法和应用

  (19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号8.X(22)申请日2022.10.11(71)申请人广东奥迪威传感科技股份有限公司地址511400广东省广州市番禺区沙头街(74)专利代理机构华进联合专利商标代理有限公司44224专利代理师(51)Int.Cl.C04B35/491(2006.01)C04B35/495(2006.01)C04B35/622(2006.01)C04B35/634(2006.01)C04B35/632(2006.01)C04B35/64(2006.01)(54)发明名称压电陶瓷材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法和应用。所述压电陶瓷材料，其原料包括以下组分：压电陶瓷粉料、环氧树脂和增韧剂；所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；所述压电陶瓷粉料、环氧树脂与增韧剂的质量比为(10～25)：(0.75～2)：1。通过在压电陶瓷材料的原料中采用双酚A型环氧树脂，并将压电陶瓷粉料、双酚A型环氧树脂和增韧剂按质量比(10～25)：(0.75～2)：1进行混合，使制备得到的压电陶瓷生坯具备比较好的强度及韧性，进而实现较好的连续性和后续可加工能力，由此能够制备得到具备比较好强度和韧性的压电陶瓷材料。权利要求书1页说明书5页CN115925413所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；所述压电陶瓷粉料、环氧树脂与增韧剂的质量比为(10～25)：(0.75～2)：1。2.依据权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征是，所述环氧树脂为EP‑51环氧树脂和EP55环氧树脂中的一种或两种；及/或，所述环氧树脂的环氧值为0.48～0.55。3.依据权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征是，所述压电陶瓷粉料的粒径为0.3～0.5um；及/或，所述增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二乙酯中的一种或两种。4.依据权利要求1～3任一项所述的压电陶瓷材料，其特征是，所述压电陶瓷材料为超细压电陶瓷管材，直径小于等于1毫米。5.权利要求1～4任一项所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：将所述原料进行混合，制备预混料；将所述预混料依次进行真空练泥、陈腐、挤压成型、干燥塑形、固化、排胶和烧结，制备所述压电陶瓷材料。6.依据权利要求5所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征是，挤压成型的压力为6～12MN；及/或，干燥塑形的温度为70～90，时间为22～25小时；及/或，固化的温度为110～130，时间为1～3小时。7.依据权利要求5所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征是，排胶的条件包括：以升温速率1～3/min升温至温度为500～600。8.依据权利要求5～7任一项所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征是，烧结的条件包括：以升温速率4～6/min升温至温度为1150～1300，保温时间为1～3小时。9.依据权利要求8所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征是，烧结的条件包括：以升温速率为4～6/min升温至温度为1200～1250，保温时间为1～3小时。10.权利要求1～4任一项所述的压电陶瓷材料在制备微型化的电子元器件中的应用。CN115925413压电陶瓷材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及陶瓷领域，特别是压电陶瓷材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]电子陶瓷是指在电子工业中能利用电、磁性质，通过对表面、晶界和尺寸结构的精密控制而最终获得具有新功能的陶瓷。电子陶瓷材料以电、磁、光、热和力学等特性及其相互转化为主要特征，是电子、通讯、自动控制、信息计算机、激光、医疗、机械、汽车、航空、航天、核技术和生物技术等众多高技术领域中的关键材料。电子陶瓷按照使用功能可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷的主要指绝缘装置瓷；功能陶瓷按照不同细分使用功能可进一步分为微波介质陶瓷、半导体陶瓷、离子陶瓷和压电陶瓷。[0003]压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒.由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的。为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向。经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质。压电陶瓷具有灵敏性、强压电性、高介电常数、高机电耦合系数等优点，已被大范围的应用于传感器和致动器。[0004]伴随着电子信息技术的微型化发展，电子元器件也正逐步迈向微型化，对于微型压电陶瓷材料的研究和开发越发受到重视。常见的压电陶瓷是通过挤压成型的制备工艺所制得，可分为间接挤压成型和直接挤压成型两种途径。然而，这两种制备方法在实际生产中均存在一定的缺陷。利用间接挤压成型的方法，先压制成型，制备出较大尺寸的棒材或者管材，之后再通过烧结后的加工完成小直径棒材或者管材的瓷体，其加工效率低、成本高、出品率不能够满足量产的要求。利用直接挤压成型的办法能够避免前述间接挤压成型的问题，但是传统的压电陶瓷粉料本身存在脆性大、抗张强度低的缺陷，使用压电陶瓷粉料直接挤压成型制备直径小于1毫米的陶瓷棒材或者管材时，坯体的韧性及强度不够，进而导致坯体在成型的过程中有可能会出现断裂或者变形的问题。发明内容[0005]基于此，本发明提供一种具备比较好强度和韧性的压电陶瓷材料及其制备方法和应用。[0006]具体技术方案如下：[0007]本发明的第一方面，提供一种压电陶瓷材料，其原料包括以下组分：压电陶瓷粉料、环氧树脂和增韧剂；[0008]所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；[0009]所述压电陶瓷粉料、环氧树脂与增韧剂的质量比为(10～25)：(0.75～2)：1。CN115925413[0010]在其中一个实施例中，所述环氧树脂为EP‑51环氧树脂和EP55环氧树脂中的一种或两种；及/或，所述环氧树脂的环氧值为0.48～0.55。[0011]在其中一个实施例中，所述压电陶瓷粉料的粒径为0.3～0.5um。[0012]在其中一个实施例中，所述增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二乙酯中的一种或两种。。[0013]在其中一个实施例中，所述压电陶瓷材料为超细压电陶瓷管材，直径小于等于1毫[0014]本发明的第二方面，提供第一方面所述的压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步[0015]将所述原料进行混合，制备预混料；[0016]将所述预混料依次进行真空练泥、陈腐、挤压成型、干燥塑形、固化、排胶和烧结，制备所述压电陶瓷材料。[0017]在其中一个实施例中，挤压成型的压力为6～12MN。[0018]在其中一个实施例中，干燥塑形的温度为70～90，时间为22～25小时。[0019]在其中一个实施例中，固化的温度为110～130，时间为1～3小时。 [0020] 在其中一个实施例中，排胶的条件包括：以升温速率1～3/min升温至温度为500 ～600。 [0021] 在其中一个实施例中，烧结的条件包括：以升温速率4～6/min升温至温度为 1150～1300，保温时间为1～3小时。 [0022] 在其中一个实施例中，烧结的条件包括：以升温速率为4～6/min升温至温度为 1200～1250，保温时间为1～3小时。 [0023] 本发明的第三方面，提供上述压电陶瓷材料在制备微型化的传感或者制动单元中 的应用。 [0024] 与现存技术相比，本发明具有以下有益效果： [0025] 本发明通过在压电陶瓷材料的原料中采用双酚A型环氧树脂，并将压电陶瓷粉料、 双酚A型环氧树脂和增韧剂按质量比(10～25)：(0.75～2)：1进行混料，使制备得到的压电 陶瓷生坯具备比较好的强度及韧性，进而实现较好的连续性和后续可加工能力，由此能够制 备得到具备比较好强度和韧性的压电陶瓷材料，非常适合于制备超细(如直径1mm)压电陶 瓷管材。 [0026] 此外，本发明可以通过直接挤压成型制备出具备比较好强度和韧性、直径小于1毫米 的超细压电陶瓷棒材或者管材，简化了工艺流程，可用于工业生产，所制备的压电陶瓷材料 能够应用于制备微型化的传感或者制动单元。 具体实施方式 [0027] 为便于理解本发明，下面将参照实施例对本发明进行更全面的描述，以下给出 了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述 的实施例。提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。 [0028] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书里面所使用的术语仅仅是为了描述具体的实 CN115925413 施例的目的，不是旨在于限制本发明。[0029] 本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的可选范围有两个或两个以上相 关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所 有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列 项目的组合。 [0030] 本发明中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”等仅用于描述目的， 不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重 要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当 理解并不构成对数量的封闭式限定。 [0031] 本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案， 也包括包含所列举特征的开放式技术方案。 [0032] 本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该 范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指 整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征 或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解 为包括其中所归入的任何及所有的子范围。 [0033] 本发明中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相～固相混合均 指质量百分比，对于液相～液相混合指体积百分比。 [0034] 本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间 内做处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。 [0035] 本发明中的压电陶瓷材料，如无特别限定，均属于无机压电材料。 [0036] 本发明提供一种压电陶瓷材料，其原料包括以下组分：压电陶瓷粉料、环氧树脂和 [0037]环氧树脂为双酚A型环氧树脂； [0038] 压电陶瓷粉料、环氧树脂与增韧剂的质量比为(10～25)：(0.75～2)：1。 [0039] 在其中一示例中，压电陶瓷粉料、环氧树脂与增韧剂的质量比为(10～20)：(1～ [0040]在其中一示例中，所述环氧树脂为EP‑51环氧树脂和EP55环氧树脂中的一种或两 种。进一步地，所述环氧树脂的环氧值为0.48～0.55。 [0041] 在其中一示例中，压电陶瓷粉料的粒径为0.3～0.5um。 [0042] 在其中一示例中，压电陶瓷粉料包括但不限于经预烧结的PZT基陶瓷粉料、KNN基 陶瓷粉料。 [0043] 在其中一示例中，增韧剂包括但不限于邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二乙酯中 的一种或两种。 [0044] 在其中一示例中，压电陶瓷材料为超细压电陶瓷管材，直径小于等于1毫米。进一 步地，压电陶瓷材料为超细压电陶瓷管材，直径能达到0.85毫米。 [0045] 本发明还提供一种上述压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：